电力系统基础08(第5章)

5.2.1 负荷的电压静特性
无功功率负荷(以滞后的功率因数运行的用电设备） QD S D sin D
无功负荷 设备容量 设备功率因数
异步电动机在电力系统的无功负荷中占很大比重。
jXσ
(1)异步电动机等值电路：
jXm
I0
R/s
(2)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ步电动机的无功功率与端电压的关系曲线——
负荷的电压静态特性
• 可控硅控制电抗器型SVC是通过控制可控硅导通 角来改变SVC吸收的无功功率（电力电子技术） # 优点：调节能力强，反应速度快，特性平滑，可分
相补偿，维护量简单，损耗小，国外已大量使用，国内
也开始使用。 # 缺点：最大补偿量正比于电压平方，电压低时补偿 量小；可控硅--谐波污染。
5．高压输电线的充电电容
从技术上和经济上综合考虑，合理地规定供电电压的 允许偏移是完全必要的。 我国目前规定的正常运行情况下供电电压允许偏移：

35kV及以上供电电压正、负偏移的绝对值之和不超过额 定电压的10%； 10kV及以下三相供电电压允许偏移为额定电压的±7%； 220V单相供电电压允许偏移为额定电压的+7%和-10%。
第五章 电力系统的无功功率的平衡 及电压调整
本章主要内容：
理解并掌握电力系统无功功率平衡、 电压调整的基本概念，掌握电力系统中枢 点电压的调整方式及其调整措施。
本章的主要内容
(1) 电力系统无功功率平衡的基本概念； (2) 电压调整的基本概念； (3) 电压调整的措施； (4) 调压措施的应用。 本章重点：电力系统无功功率平衡，中枢点电压调整 方式及调整措施； 本章难点：电压调整的分析计算。
O φ
N
cos N cos
F C
cos 0
IN B E Q
A
I f cos (受转子电流限制） P Q 发无功 I f cos (超前）发电机进相运行 吸无功
IN
2．同步调相机 同步调相机相当于空载运行的同步发电机，即可 以过励磁运行发出感性无功，又可以欠励磁运行吸 收感性无功，一般欠励吸收最大无功功率为过励发 出最大无功功率的50% ～ 65%。 0 0 ＜ ＜ 180 # 过激运行时发出Q （无功电源）
• 电子设备、精密仪器：对电压都极其敏感，要求更高， 电压质量已经成为现代企业投资环境的重要因素。 • 电力系统用户：要求提供电压合格的优质电能商品。
大电压偏移对电力系统自身的影响？
• 电压低：功率损耗大、电能损耗增大，危机电力系 统的稳定性。 • 电压高：破坏绝缘，超高压网络电晕损耗
5.1.2 允许电压偏移
能满足要求。
问题是：中枢点是否真正具有代表性？
中枢点电压和所代表的负荷电压的关系？
中枢点O
VB VA
VA
负荷点A
系统图
Q
VB 负荷点B
Q
QB QB
Q A
QA
0
t
8 16
24 ( h)
0
t
8 16
24 ( h)
A、B点日无功负荷曲线图
满足负荷点电压要求的中枢点电压范围的形成
Q
VOH
V
额定
(2)发电机电势方程、向量图及 P-Q极限图
E VN jX d I N 上式两边同除X d , 得 VN E IN Xd Xd
kd 短路比
D
F C
I f
φ O
N
定子电流
IN
B E Q
δ φN
IN
VN
A
i f 转子电流
发电机P-Q极限图
OC的长度可代表发电机的空载电势 EGN∝发电机励磁电流If; C点为额定运行点; AC可代表发电机的额定视在功 率SGN； AD可代表发电机的PGN；
VOH
VH
V
VOL
VL
VOL
V
5%
V
t
0
8
16
24 (h)
2. 中枢点电压的调整方式
中枢点的电压调整方式一般分为三类：
(1) 逆调压
（2）顺调压 （3）常调压
(1)逆调压：在最大负荷时保持中枢点电压比线路额定 电压高5%，在最小负荷时保持为线路额定电压。适用 于供电线路较长，负荷变动较大的中枢点。其特点为 可改善电压质量，但与电压的变化规律相反，所以实 现起来要求较高，难度较大。 (2)顺调压：在大负荷时允许中枢点电压低一些，但不 低于线路额定电压的102.5%，小负荷时允许其电压高 一些，但不能高于线路额定电压的107.5%。适用于供 电距离较近，或负荷变动不大的变电所。其特点为与 电压变化规律一致，容易实现，但调压效果差。
(3)常调压：介于逆调压和顺调压之间的调压方式，在任 何负荷下中枢点电压保持为恒定数值，一般比线路额 定电压高2%-5%。
5.3.2 电压调整的原理
如图所示系统：
VG G
1:k1
k2:1
Vb P+jQ
R+jX
b点的电压为：
PR QX Vb (VG k1 V ) / k 2 VG k1 / k2 V
QB V BL
2
• 高压线充电功率固有，当无功电源过剩，电压偏高 时，要采取措施（如并联电抗器）
QR
QB
5.2.5 无功功率平衡
电力系统无功功率平衡的基本要求是：系统中的 无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于负 荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和。为了保 证运行可靠性和适应无功负荷的增长，系统还必须配 置一定的无功备用容量。 电力系统无功功率平衡关系式：
2 2
多级变压器（励磁+串联）无功损耗约为QD的50%—75%
# 系统中总无功损耗≈无功负荷，∴无功电源约为2倍 无功负荷,才能保证系统无功平衡。
5.2.3 无功功率电源
电力系统中的无功功率电源主要由发电机和无 功补偿装置两部分构成，其中无功补偿装置主要由 静止电容器、同步调相机和静止无功发生器等设备 组成。
2 2 2 2 P Q P Q QL I 2 X 1 2 1 X 2 2 2 X V1 V2
B 2 QB (V1 V22 ) 2 QL QL QB
V R V jX I 2 I2 2 1 1 1 S1 I S L1 S L2 S2 L
Q
β=0.8 β=0.6
β=0.3
0.7 0.8 0.9 1.0
V
电动机的无功功率-电压特性
Q 受载系数。 QN
(3)负荷无功功率-电压静特性 一般采用综合负荷表示。
5.2.2 电力网的无功损耗
• 损耗：无功损耗＞有功损耗 (1)线路无功损耗 线路无功损耗约为QD的25%。 输电线路的无功损耗由两部分组成：△QL(消耗 感性无功功率)和△ＱＢ(补充感性无功功率)。
S B1 S B2
35kV以下线路： 由于电压等级低，ＱB很小，线路基 本要消耗感性无功功率。
110kV及以上的线路： 当传输功率较大时，ＱL >Q B ，线路消耗感性无功； 当传输功率较小时，有可能ＱL <Q B ，这时线路向 系统提供感性无功。
(2)变压器无功损耗
QLT S Q0 QT V BT X T V
QL QLT QL QB
Qres为无功功率备用， Qres>0表示系统中无功功率 可以平衡且有适量的备用， Qres<0 表示系统中无功 功率不足，应考虑加设无功补偿装置。
从改善电压质量和降低网络功率损耗考虑，应避免 通过电网元件大量传输无功功率。为此，我国电力工 业有关技术导则规定：以35kV以上电压等级直接供电 的负荷，功率因数要达到0.90以上，对其它负荷，功 率因数不低于0.85。因此，仅从全系统的角度进行无 功功率平衡是不够的，应该分地区分电压级进行无功 功率平衡，根据无功平衡的需求，增添必要的无功补 偿容量 ，并按无功功率就地平衡的原则进行补偿容量 的分配，小容量、分散的无功补偿可采用静止电容 器；大容量的补偿可在系统电压中枢点采用调相机或 静止补偿器。
V
I
IC
C
SR
IL I 0
(2)调节特性：电容器发出感性无功功率，电抗器根 据系统电压的变化调节其自身对感性 无功功率的吸收量，以保证系统电压 的稳定。
• 从无功补偿角度来看： Q QD QL QC
Q QL QD QC
• 运行在水平区段：QC 0
QL QD
1.同步发电机
即是系统中唯一的有功电源，又是系统中基 本的无功电源，发电机在额定状态下运行时，可 发出感性无功功率：
QGN SGN sin N PGN tg N
(1)发电机的等值电路
E N
C
V
～
E
jX d
V N
O
A
I N
N
I N
P
X jI N d
V N
• 如何使电压偏移在合理的范围内？ • 首先要解决的问题是： # 电力系统的电压水平取决于什么？
电力系统的无功功率平衡
5.2 电力系统的无功功率平衡
重要概念：
电力系统的运行电压水平取决于系统的无 功功率的平衡，即系统中各种无功电源的无功 功率的输出应能满足系统中负荷对无功功率的 的消耗以及电力网络对无功功率的损耗，否则 电压就会偏离额定值。
可能有几种控制措施？
(1)调节发电机的励磁电流以改变发电机端电压VG； (2)适当选择变压器变比k；
(3)改变线路无功功率Q分布；
(4)改变线路参数X；
5.4 电压调整的措施 5.4.1 改变发电机端电压调压
• 调节励磁电压： # 适用于直接由发电机供电小系统、线路不长； # 易于逆调压，实质上是调节系统中发电机无功输出。 • 两个问题： # 机端负荷电压调整范围为5%—0，但满足不了远方负 荷要求：通过较长线路、多电压级，最大、最小负荷时电 压损耗之差往往大于5%。 # 多机系统中，实际上是改变发电机间无功分配，与无 功备用、无功的经济分配有矛盾。 • 因此，发电机调压仅作为辅助措施。